Čo je to jadrová fúzia a prečo ju je tak ťažké vytvoriť?
Mnohí vidia vo fúzii budúcnosť, no nikto nedokáže povedať, kedy sa stane reálnym zdrojom energie.
Jadrová fúzia je fyzikálny proces opisujúci spájanie menších atómov do väčších. Prirodzene sa vyskytuje v jadrách hviezd a kvôli nej má naša planéta nielen dostatok svetla, ale aj tepla na to, aby na nej mohol vzniknúť život. Hoci vo vesmíre prebieha úplne prirodzene, vytvoriť ju je nesmierne náročné. Prečo je to tak?
Vedci po celom svete sa pokúšajú v laboratórnych podmienkach vytvoriť proces prebiehajúci v jadre hviezd. Už dnes existuje niekoľko projektov, ktoré zaznamenali relatívny úspech, no zatiaľ sme ďaleko od toho, aby mohol tento proces fungovať v dostatočne veľkom merítku. Michael Campbell je riaditeľom Laboratória Laserovej Energetiky na University of Rochester a vysvetľuje, že jadrová fúzia je rovnako ako jadrové štiepenie (pozn. redakcie: Proces delenia atómu na menšie, ktorý sa využíva v jadrových elektrárňach), jeden z dvoch extrémov.
Počas procesu štiepenia sa do ťažkého atómu, napríklad uránu, vystrelí neutrón. Ten destabilizuje atóm, ktorý sa rozdelí a uvoľní energiu.
„Neutrón nemá elektrický náboj, takže môže ľahko preniknúť do kladne nabitého jadra atómu. Extra neutrón spôsobuje, že atóm je nestabilný do bodu, keď sa rozdelí a uvoľní energiu“, vysvetľuje Campbell ako funguje jadrové štepenie.
Fúzia je presný opak. Počas nej sa pracuje s ľahšími atómami, ktoré sa spájajú do väčšieho. Jadro atómov, napríklad vodíka, má pozitívny náboj, preto sa dve jadrá navzájom odpudzujú a nechcú sa zlúčiť. Pri ohromne vysokých teplotách a tlaku však možno túto prirodzenú odpudivosť prekonať a doslova prinútiť atómy, aby sa zlúčili. Keď sa nakoniec spoja, uvoľní sa veľké množstvo energie. No proces fúzie preto musí využívať extrémne teploty a tlaky, aby prekonal sily, ktoré prirodzene chcú odpudzovať atómy.
Komplikované podmienky
Jadrová fúzia si tým pádom vyžaduje podmienky, ktoré nemožno vytvoriť tak jednoducho. Ak sa niečo pokazí, v tom momente fúzia končí. Pri jadrovom štiepení sú atómy rádioaktívne a vyžarujú teplo aj po skončení reakcie. Preto sa fúzia dosahuje oveľa ťažšie ako štiepenie.
Neprehliadnite
„V jadre Slnka prebieha fúzia prirodzene, pretože je naša hviezda naozaj masívna. V laboratórnych podmienkach sa túto reakciu pokúšame dosiahnuť s lasermi a musíme vedieť ako vytvoriť a kontrolovať hmotu pri teplotách 100-miliónov stupňov Celzia,“ vysvetľuje Campbell.
Keďže ide o tak delikátny proces, fúzne reaktory budúcnosti by boli oveľa bezpečnejšie ako súčasné štiepne reaktory. Aby mohla fúzna reakcia prebehnúť, vyžaduje sa nielen obrovská teplota, ale aj tlak a magnetické pole. Všetky tieto parametre musia byť kontrolované a mimoriadne presné. Ak by došlo k poškodeniu vybavenia alebo by vedci stratili nad reakciou kontrolu, jednoducho by prestala bez vedľajších účinkov. Prototypy fúznych reaktorov totiž majú palivo len na niekoľko mikrosekúnd fúznej reakcie. Ak by prístroj neustále nepridával do reaktora palivo, reakcia by prestala.
Aj portál Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu vysvetľuje, že medzi fúziou a štiepením je jeden výrazný rozdiel, ktorý ovplyvňuje bezpečnosť celého procesu. Štiepenie je založené na reťazovej reakcii čo znamená, že aj keby sa reaktor vypol, reakcia ďalej prebieha, čo môže viesť k tragickej nehode.
Vo fúznom reaktore reaktore reťazová reakcia neprebieha, čo znamená že fúzia skončí v momente, kedy sa zmenia podmienky, ktoré potrebuje. Ako už bolo spomenuté, fúzia potrebuje mimoriadne špecifické podmienky. Ak by niekedy došlo k nehode počas jadrovej fúzie, s najväčšou pravdepodobnosťou by si to odniesol len mimoriadne drahý reaktor. Pri jadrovej reakcii takéhoto druhu sa totiž nepočíta s kritickými nehodami a aj práve preto sa fúzia považuje za bezpečný zdroj energie.
Najväčším problémom sú však peniaze. Fúzne reaktory sú komplikovanými prístrojmi a zatiaľ nie sú pre spotrebiteľov ekonomicky výhodné a otázkou ostáva, či aj v budúcnosti nájdu vedci spôsob, ako dosiahnuť jadrovú fúziu za rozumnú cenu. Pre vedcov zostáva preto najväčším problémom množstvo energie potrebnej na to, aby rozbehli jadrovú fúziu a udržali ju pri živote. V súčasnosti na to, aby rozbehli túto reakciu, tak spotrebujú viac energie, ako vygenerujú. Rovnako náročné je aj udržať jadrovú fúziou živou po dlhšiu dobu, ako je pár sekúnd.
Napriek tomu však mnohí v jadrovej fúzii vidia budúcnosť. Považuje sa za obnoviteľný a hlavne čistý zdroj energie, ktorý by nás mohol odpútať od fosílnych palív.
Nikto však nevie, kedy začnú prvé jadrové reaktory poskytovať energiu obyvateľom.
„Ak sa nám podarí postaviť elektráreň, ktorá by využívala jadrovú fúziu, už nikdy nebudeme mať energetickú krízu,“ hovorí Campbell.
Verí, že stabilnú fúziu sa ľudstvu podarí dosiahnuť za 50, možno 70 rokov, no na prvé skutočné reaktory si budeme musieť počkať pravdepodobne dlhšie. Niektorí vedci ale veria, že dosiahnuť jadrovú fúziu sa nám podarí oveľa skôr. Viacero vedcov ale verí, že sa nám to podarí v priebehu najbližších 10 až 30 rokov.
Komentáre